Criptomonedas

Diferencia entre Proof of Work y Proof of Stake minando criptomonedas

La minería de criptomonedas no se hace solo diciendo a los equipos que se pongan a minar y ya. Dada la importancia de que una blockchain descentralizada funcione controlada por los nodos que lo componen y estén todos alineados, es imperativo tener un algoritmo de procedimiento de minado para mantener la blockchain activa y recompensar a quienes la mantienen. Actualmente, los dos tipos de algoritmo más populares son la de prueba de trabajo y la de prueba de participación. Proof of Work y Proof of Stake respectivamente.

Pero… ¿Qué significa cada una? ¿Cuál es mejor? ¿Qué implica casa una? Con el inminente paso de Ethereum de Proof of Stake a Proof of Work en agosto, si no se producen inconvenientes, es necesario entender qué hace cada uno de estos algoritmos.

Proof of Work, explicado de forma simplificada

Para minar bloques de la blockchain de una criptomoneda cuyo algoritmo se base en el proof of work, se busca que los mineros de la blockchain, que no sus usuarios, hagan complejas operaciones matemáticas para poder avalar las transacciones que se hacen en la blockchain.

Una ventaja que tiene Proof of Work de cara a quienes quieren minar la criptomoneda en cuestión, es que no requiere de hacer ninguna compra del token que se va a minar. La minería se compone de equipos que usan la capacidad de cálculo, o el hash rate de los componentes de tu PC para así poder minar bloques de criptomonedas y recibir tokens como recompensa.

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La escalabilidad física para un mayor beneficio de minado es inherente de los algoritmos Proof of Work. Es por esto por lo que grandes operaciones de minado de criptomonedas se producen en naves industriales. Son espacio capaces de albergar metros de longitud y de altura con placas bases destinadas a la minería, con muchas gráficas y procesadores minando criptomonedas. Estas operaciones buscan el mayor beneficio cuanto mayor sea posible.

No es raro que las grandes operaciones masivas de minería de criptomonedas con Proof of Work se hagan en países donde la electricidad está muy barata o está subvencionada. Algunas veces incluso se han instalado en centrales eléctricas para dedicar toda su energía a la minería. China es uno de los países en este último caso, y por ello el país se ha convertido en un centro de minería en sí mismo, pese a las restricciones que pide el país a las criptomonedas por sus efectos contaminantes por el uso energético.

Proof of work, explicado con detalle

Esta explicación se centrará en la prueba de trabajo tal usando la blockchain de Bitcoin. La blockchain de Bitcoin es un libro de contabilidad que contiene un registro de todas las transacciones hechas de Bitcoin, organizadas en bloques secuenciales. Con esto se hace que ningún usuario pueda gastar sus criptoactivos dos veces. Para evitar la manipulación, el libro de contabilidad es público o «distribuido» entre varios nodos o usuarios. Una versión alterada sería rápidamente rechazada por otros usuarios. Al estar repartido entre muchos usuarios que tienen una copia para asegurar la integridad del libro de contabilidad, se evita una manipulación.

Los usuarios detectan la manipulación a través de los hashes, que son largas cadenas de números que sirven como prueba de trabajo. Si se somete un conjunto de datos a una función hash, se generará un hash. Debido al «efecto avalancha«, incluso un pequeño cambio en cualquier parte de los datos originales dará lugar a un hash totalmente irreconocible.

El hash es una función unidireccional. No puede utilizarse para obtener los datos originales. Sirve para comprobar que los datos que generaron el hash coinciden con los datos originales.

Como generar un hash para un conjunto de transacciones de Vitcoin es un trabajo nimio, para convertir el proceso en «trabajo«, la blockchain de Bitcoin establece un cierto nivel de «dificultad«. Esta configuración se ajusta para que se «mine» un nuevo bloque para que sea añadido a la blockchain y se genera un hash válido, aproximadamente cada 10 minutos. La configuración de la dificultad se realiza estableciendo un «objetivo» para el hash. Cuanto más bajo sea el objetivo, más pequeño será el conjunto de hashes válidos y más difícil será generar uno. En la práctica, esto significa un hash que comienza con una cadena muy larga de ceros.

Dado que un conjunto de datos determinado sólo puede generar un hash, los mineros se aseguran de generar un hash por debajo del objetivo alterando la entrada añadiendo un número entero, llamado nonce («número utilizado una vez»). Una vez que se encuentra un hash válido, se transmite a la red y el bloque se añade a la cadena de bloques.

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La minería es un proceso competitivo, y se califica más como una lotería que como una carrera. De media, se genera una prueba de trabajo aceptable cada diez minutos, pero nadie sabe quién será. Los mineros se agrupan para aumentar sus posibilidades de minar bloques. Esto genera tasas de transacción y, durante un tiempo limitado, una recompensa de bitcoins recién creados.

Proof of Work hace que sea extremadamente difícil alterar cualquier aspecto de la cadena de bloques, porque requeriría volver a minar todos los bloques posteriores. También dificulta que un usuario o grupo de usuarios monopolice la potencia de cálculo de la red, un denominado ataque del 51%. La maquinaria y la energía necesarias para completar las funciones hash son caras. Pero no es imposible debido al efecto bola de nieve. Esto es que va premiando más a quienes más potencia de hash tienen, que podrían seguir ampliando su capacidad de hash más de lo que pueden hacer usuarios de menor nivel.

En el caso de Bitcoin, el trabajo de hash son algoritmos de hashing SHA-256. El «ganador» de una ronda de hashing agrega y registra las transacciones del mempool en el siguiente bloque. Dado que el «ganador» se elige de forma aleatoria y proporcional al trabajo realizado, se incentiva a todos los miembros de la red para que actúen con honestidad y únicamente registren transacciones reales.

¿Puede una parte de la blockchain decidir cambiar el algoritmo de minado?

En el caso de que parte de que una red de minería comienza a aceptar una prueba de trabajo alternativa, se conoce como un «hard fork». De suceder, se crea una escisión del original y esa nueva parte no puede interactuar con la original. A efectos prácticos, se genera una nueva criptomoneda, por ello hay variante de Bitcoin y de Ethereum.

Proof of Stake, explicado de forma sencilla

Proof of Stake es un cambio de algoritmo de validación de transacciones de una blockchain para que los usuarios pongan en juego sus tokens como aval de una transacción. Con ello demuestran tener una participación interesada en que las transacciones sean válidas. Todos los usuarios deben de firmar un contrato y comprar tokens de fianza para empezar a operar.

Proof of Stake, explicado con detalle

El Proof of Stake es un mecanismo de consenso que asigna aleatoriamente el nodo que minará o validará las transacciones en bloque en función del número de tokens que posea ese nodo. Cuantos más tenga un monedero, más poder de minería se le otorga. Algunos defectos que tienen son la mayor posibilidad de un ataque del 51% en las altcoins más pequeñas. También incentiva el acumular tokens y no utilizarlos para su uso como moneda porque eso implicaría perder poder de minado futuro.

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Proof-of-stake es un tipo de mecanismo de consenso utilizado por las cadenas de bloques para lograr un consenso distribuido. La gran diferencia de la esencia de cada algoritmo es la siguiente:

  • En el Proof of Work, los mineros demuestran que tienen capital en riesgo gastando energía.
  • En Proof of Stake, los validadores apuestan explícitamente su capital en un contrato inteligente. Estos tokens apostados actúan como garantía que puede ser destruida si el validador se comporta de forma deshonesta o perezosa.

El validador es responsable de comprobar que los nuevos bloques que se propagan por la red son válidos y, ocasionalmente, de crear y propagar ellos mismos nuevos bloques.

El Proof-of-stake viene con una serie de cambios respecto al sistema Proof-of-work:

  • Mayor eficiencia energética, de forma que no es necesario utilizar mucha energía en los cálculos de las pruebas de trabajo
  • Menores barreras de entrada al tener menores requisitos de hardware. No se necesita un hardware con una gran CPU y varias GPUs para tener la oportunidad de crear nuevos bloques
  • Reducción del riesgo de centralización porque el proof-of-stake debería llevar a más nodos a asegurar la red
  • Se requiere menos emisión de ETH para incentivar la participación
  • Las sanciones económicas por mal comportamiento hacen que los ataques del 51% sean exponencialmente más costosos para un atacante en comparación con el proof-of-work, que puede recaer en quienes tienen más dinero para poder comprar materiales más caros.
  • La comunidad puede recurrir a la recuperación social de una cadena honesta si un ataque del 51% supera las defensas criptoeconómicas.

¿Qué son los validadores de Proof of Stake?

Para participar como validador, al menos como se tiene previsto para el merge de Ethereum, un usuario debe depositar 32 ETH en el contrato de depósito y ejecutar tres piezas de software distintas. Estas son un cliente de ejecución, un cliente de consenso y un validador. Al depositar sus token, el usuario se une a una cola de activación que limita la tasa de nuevos validadores que se unen a la red. Una vez activados, los validadores reciben nuevos bloques de los compañeros de la red Ethereum. Las transacciones entregadas en el bloque se reejecutan y se comprueba la firma del bloque para asegurar su validez. El validador envía entonces un voto a favor de ese bloque a través de la red.

Mientras que en Proof of Work, el tiempo de los bloques viene determinado por la dificultad de la minería; Proof of Stake tienen un ritmo fijo. Para el de Ethereum, se divide en ranuras de 12 segundos y épocas de 32 ranuras, unos 384 segundos por época, algo más de seis minutos. Un validador es seleccionado aleatoriamente para ser un proponente de bloque en cada ranura. Este validador es responsable de crear un nuevo bloque y de enviarlo a otros nodos de la red. Cada ranura elige aleatoriamente un comité de validadores, cuyos votos se utilizan para determinar la validez del bloque propuesto.

Finalidad de una transacción en Proof of Stake

Una transacción tiene «finalidad» en las redes distribuidas cuando forma parte de un bloque que no puede cambiar sin que se queme una cantidad significativa de éter. En Ethereum, esto se gestiona mediante bloques de «punto de control». El primer bloque de cada época es un punto de control. Entonces, los validadores votan por los pares de puntos de control que consideran válidos.

Si un par de puntos de control atrae votos que representan al menos dos tercios del total de éter apostado, los puntos de control se actualizan. El más reciente de los dos se convierte en «justificado», mientras que el más antiguo de los dos ya está justificado porque fue el «objetivo» en la época anterior. Entonces se actualiza a «finalizado».

Para revertir un bloque finalizado, un atacante se comprometería a perder al menos un tercio del suministro total de éter apostado. Dado que requiere de una mayoría de dos tercios, un atacante podría impedir que la red alcance la finalidad votando con un tercio de la participación total.

Existe un mecanismo para defenderse de esto: la fuga de inactividad. Se activa siempre que la cadena no finaliza durante más de cuatro épocas. La fuga de inactividad desvía el éter apostado de los validadores que votan en contra de la mayoría, lo que permite a la mayoría recuperar una mayoría de dos tercios y finalizar la cadena. Con todo esto, se asegura que solo los interesados en que siga adelante la cadena de bloques y sea íntegra quieran apostar su capital.

¿Qué es un ataque del 51% en una blockchain?

Un «ataque del 51%» se refiere a un ataque a una blockchain por parte de un grupo de mineros que controlan más del 50% de la tasa de hash de minería de la red o de la potencia de cálculo. Es una versión digital de una opa hostil. Cuando se compran acciones de una empresa pública entre varios accionistas de un mismo grupo para tomar posesión de la empresa. Para que esto se produzca en una blockchain, un grupo de mineros debe de acordar tomar control de una blockchain para sus propios intereses mediante la adquisición masiva de material de minado para acaparar el hash en Proof of Work, o comprando tokens en Proof of Stake.

Se especula que, de suceder un ataque del 51%, no se podrían crear nuevas monedas ni alterar bloques antiguos, dado que la mayoría los bloquearía. También podrían detener pagos entre algunos o todos los usuarios. Podrían revertir las transacciones que se hubieran completado mientras ellos tenían el control de la red. Esto significaría que podrían gastar dos veces los tokens que tenían.

blockchain imagen

Con el paso a Proof of Stake de Ethereum, se espera limitar aún más esta posibilidad. La primera razón es porque al tener muchos más participantes, es más difícil que un grupo controle el 51% de todos los tokens de Ethereum y se ponga de acuerdo en controlar la blockchain.

¿Qué efectos tiene un ataque del 51%?

De suceder un ataque del 51%, es inevitable que el token pierda mucho valor y utilidad al no ser tan interesante para cualquier uso comercial. Todos los participantes en ese ataque del 51% han debido de depositar una cantidad considerable de tokens. Son unos 32 ETH que son unos 64.000 dólares americanos aproximadamente, que serían devaluados Los usuarios perderían su fianza y el valor de los tokens de sus carteras.

Con todo esto, Proof of Stake espera que el poder de validación de Ethereum no se resida en varias operaciones mineras masivas. No dependería del minado en China, Rusia, Estados Unidos y otros países con electricidad barata, perjudicando así a usuarios más rasos que minan con equipos caseros. Es un intento de democratización de la blockchain, porque no radica en la accesibilidad a placas bases y GPUs, que dependen mucho de tener biots y de contactos con distribuidores.

¿Qué significará el paso de Ethereum de Proof of Work a Proof of Stake?

Para el mes de agosto, y si no se producen complicaciones, Ethereum pasará del Proof of Work a Proof of Stake en un evento que se llamará The Merge. Entonces se dará lugar a Ethereum 2.0. Algunas implicaciones dentro de la propia red de Ethereum es que se pedirá que se compren tokens de ETH para poder depositar como fianza del contrato para luego avalar con más tokens las transacciones de la blockchain. Esto implica más ventas de tokens dada su mayor utilidad. Esto espera tener una demanda más alta del ETH y con ello mantener o incluso subir su valor.

Uno de sus beneficios será la reducción considerable del gasto energético que produce la blockchain de Etehreum. Mientras datos de la contaminación de Ethereum son complicados de encontrar, sobre la de Bitcoin, si su blockchain fuera un país, estaría entre los 30 más contaminantes. Significaría un mucho menor coste por transacción, pues uno de los mayores detrimentos de una blockchain de Proof of Work son sus «gas fees«, dado que se debe de pagar a los mineros con grandes equipos de criptominería, que son grandes naves con GPUs, una parte de la tarifa eléctrica.

El cambio de Ethereum es Proof of Stake es una forma de tratar de asegurar su futuro.

Al reducir su coste energético un 99%, se hará una blockchain en teoría más sostenible, y atractiva para usuarios de menor poder adquisitivo. Una transacción pequeña no tendrá que ver cómo su precio asciendo dos o tres veces el valor original únicamente por las «gas fees«. Este coste energético es lo que está motivando a China y a al unión Europea a pedir su prohibición. Pasar a un algoritmo con menor consumo de energía esperan, mantener la actividad en muchos países si deciden regular las criptomonedas por su coste energético.

La blockchain no registra solamente monedas, sino que los propios tokens pueden tener contratos inteligentes y pequeñas muescas de información, de ahí que haya sido una de las redes más populares en las que adjudicar los NFT. Estos últimos hicieron marginalmente más populares otras blockchains como Cardano, Solana o Tezanos, para tener menos costes de compra y de transacción. Se espera que los NFT vuelvan a usar más la red de Ethrereum al tener menos costes asociados.

¿Mejorará el stock de tarjetas gráficas?

Para los usuarios a los que menos les interesan las criptomonedas, el paso de Proof of Work a Proof of Stake de Ethereum este agosto debería de significar una mayor disponibilidad de tarjetas gráficas. Ethereum ha sido la criptomoneda más popular para minar debido a su sencillez de minado. Esto dejaría sola a Bitcoin como la única criptomoneda mayoritaria que opera con Proof of Work. Siendo Bitcoin una criptomoneda con una cantidad de tokens limitados, y cada vez más difícil de minar, la inversión económica de electricidad, placas base, espacio y tarjetas gráficas se hace cada vez menos rentable a cualquier tamaño de operación.

Es por esto por lo que, en teoría, debería de acabarse con el bajo stock de tarjetas gráficas de gama alta acaparadas por criptomineros. Muy probablemente, los mineros procedan a intentar vender en mercados de segunda mano sus equipos de minería. Pero es difícil dado que el minado con Proof of Work constante daña las gráficas y muchas tiendas no querrán aceptarlas. Es muy difícil que el mercado se flete de gráficas de segunda mano en tiendas, pero sí que las nuevas gráficas deberían de ser más accesibles.

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Benjamín Rosa

Madrileño cuya andadura editorial empezó en 2009. Me encanta investigar curiosidades que después os traigo a vosotros, lectores, en artículos. Estudié fotografía, habilidad que utilizo para crear fotomontajes humorísticos.

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